최초의 컴퓨터 게놈은 합성 생명체로 이어질 수 있다

과학자들이 연구한 모든 생명체의 DNA 염기서열은 미국 국립생명공학정보센터(National Center for Biotechnology Information)가 소유한 데이터베이스에 저장되어 있습니다. 그리고 1월 2.0일에 데이터베이스에 "Caulobacter ethensis-2.0"이라는 새로운 항목이 나타났습니다. 이것은 ETH 취리히(ETH Zurich)의 과학자들이 개발한 세계 최초의 완전 컴퓨터 모델링 후 합성된 살아있는 유기체의 합성 게놈입니다. 그러나 C. ethensis-XNUMX의 게놈이 큰 DNA 분자 형태로 성공적으로 얻어졌음에도 불구하고 이에 상응하는 살아있는 유기체는 아직 존재하지 않는다는 점을 강조해야 한다.

연구 작업은 실험 시스템 생물학 교수인 Beat Christen과 ​​그의 형제인 화학자 Matthias Christen이 수행했습니다. Caulobacter ethensis-2.0이라고 불리는 새로운 게놈은 전 세계 담수에 서식하는 무해한 박테리아인 Caulobacter crescentus 박테리아의 자연 코드를 청소하고 최적화하여 만들어졌습니다.  

XNUMX여년 전, 유전학자 크레이그 벤터(Craig Venter)가 이끄는 팀이 최초의 "합성" 박테리아를 만들었습니다. 작업 과정에서 과학자들은 마이코플라스마 마이코이데스 게놈의 복사본을 합성한 다음 운반체 세포에 이식했는데, 그 결과 완전히 실행 가능한 것으로 밝혀졌으며 자체 재생산 능력을 유지했습니다.

새로운 연구는 Kreiger의 연구를 계속합니다. 이전에 과학자들이 실제 유기체의 DNA에 대한 디지털 모델을 만들고 이를 기반으로 분자를 합성했다면 새로운 프로젝트는 원본 DNA 코드를 사용하여 더 발전합니다. 과학자들은 이를 합성하고 기능을 테스트하기 전에 광범위하게 재작업했습니다.

연구자들은 4000개의 유전자를 포함하는 원래의 C. crescentus 게놈으로 시작했습니다. 다른 살아있는 유기체와 마찬가지로 이들 유전자의 대부분은 정보를 전달하지 않으며 "정크 DNA"입니다. 분석 후 과학자들은 실험실에서 박테리아의 생명을 유지하는 데 약 680개만이 필요하다는 결론에 도달했습니다.

정크 DNA를 제거하고 C. crescentus의 최소 게놈을 얻은 후 팀은 작업을 계속했습니다. 살아있는 유기체의 DNA는 동일한 단백질의 합성이 사슬의 여러 부분에서 다른 유전자에 의해 암호화된다는 사실로 구성된 중복성이 내장되어 있다는 특징이 있습니다. 연구원들은 중복 코드를 제거하기 위한 최적화를 통해 1개의 DNA 문자 중 6/800 이상을 대체했습니다.

이번 연구의 공동 저자인 Beat Christen은 “우리 알고리즘 덕분에 우리는 더 이상 원본과 유사하지 않은 새로운 DNA 문자 시퀀스로 게놈을 완전히 다시 작성했습니다.”라고 말했습니다. "동시에 단백질 합성 수준의 생물학적 기능은 변하지 않았습니다."

생성된 사슬이 살아있는 세포에서 제대로 작동하는지 테스트하기 위해, 연구자들은 DNA에 천연 콜로박터 게놈과 인공 게놈 부분을 모두 갖고 있는 박테리아 종을 키웠습니다. 과학자들은 개별 자연 유전자를 끄고 인공 유전자가 동일한 생물학적 역할을 수행하는 능력을 테스트했습니다. 결과는 매우 인상적이었습니다. 580개의 인공 유전자 중 약 680개가 기능적인 것으로 나타났습니다.

Kristen은 “얻은 지식을 통해 알고리즘을 개선하고 새로운 버전의 게놈 3.0을 개발할 수 있을 것입니다.”라고 말합니다. “우리는 가까운 미래에 완전히 합성된 게놈을 가진 살아있는 박테리아 세포를 만들 것이라고 믿습니다.”

첫 번째 단계에서 이러한 연구는 유전학자들이 DNA 이해 분야에 대한 지식의 정확성과 그 안에 있는 개별 유전자의 역할을 확인하는 데 도움이 될 것입니다. 사슬 합성에 오류가 있으면 유기체가 새로운 게놈은 죽거나 결함이 있을 것입니다. 미래에는 미리 정해진 임무를 위해 만들어지는 합성미생물의 출현으로 이어질 것이다. 인공 바이러스는 자연적인 친척과 싸울 수 있으며 특수 박테리아는 비타민이나 의약품을 생산합니다.

이 연구는 PNAS 저널에 게재되었습니다.

출처 : 3dnews.ru